[实用新型]一种太阳能选择性吸收涂层

说明书

技术领域

本实用新型涉及涂层技术领域，具体地说是指一种应用在太阳能集热管上的选择性吸收涂层。

背景技术

太阳光谱选择性吸收涂层在可见-近红外波段具有高吸收率，因此能够在红外波段具有低发射率的功能薄膜是用于太阳能集热器，提高光热转换效率的关键。随着太阳能热利用需求和技术的不断发展，太阳能集热管的应用范围从低温应用(≤100℃)向中温应用(100℃～350℃)和高温应用(350℃～500℃)发展，以不断满足太阳能发电等中高温应用领域的使用要求。

多数太阳能选择性吸收表面涂层目前都是应用金属-介电复合物(又称作金属陶瓷)来作为太阳能吸收材料，该复合材料以适当厚度涂层和金属组分沉积，在主要的太阳能辐射区域表现出强烈的吸收峰而对热(红外)辐射则基本保留为透明的，该复合物被沉积在对红外反射的金属基材上以形成太阳能选择性吸收表面涂层。不过所用的复合材料由于不具备高温下的热稳定性，故只能在低温或中温(至多高达350℃)时使用。

为了提高中高温服役条件下选择性吸收涂层的热稳定性，Mo-Al₂O₃/Cu、SS-AlN/SS等材料体系得到了研究和发展，采用了双靶或多靶金属陶瓷共溅射技术，其中Mo-Al₂O₃/Cu体系的特点是Mo-Al₂O₃吸收层具有成分渐变的多亚层结构，Al₂O₃层采用射频溅射方法。SS-AlN/SS体系的特点是吸收层采用了干涉膜结构，使热稳定性提高。上述涂层在使用温度350℃～500℃范围内的聚焦型中高温集热管表面获得了应用。但是双靶或多靶共溅射、射频溅射等工艺沉积速率低，生产周期长，工艺复杂，成本高。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种太阳能选择性吸收涂层，适用于中高温(300℃～500℃)工作温度集热管，涂层吸收率高、发射率低、热稳定性好，制备工艺简便，操作方便，生产周期短，溅射工况稳定。

为达到上述目的，本实用新型提供一种太阳能选择性吸收涂层，该涂层在吸热体基材表面由底部到顶部形成三层膜结构，第一层是红外反射层，由金属Nb膜构成，厚度在140～250nm；第二层是吸收层，成分上由Nb与Al₂O₃的混合物组成，结构上由金属体积百分含量不同的两个亚层构成，第一亚层Nb的体积百分含量为45～65％，厚度为45～75nm，第二亚层Nb的体积百分含量为25～35％，厚度为50～70nm；第三层为减反射层，由Al₂O₃膜构成，厚度为65～85nm。

所述涂层的第一层红外反射层采用Nb靶直流磁控溅射方法制备，第二层吸收层采用Nb靶直流反应磁控溅射技术和Al靶中频孪生磁控溅射技术制备，反应气体为O₂；第三层减反射层采用Al₂O₃靶中频孪生溅射技术，以Ar气作为溅射气体制备。

本实用新型所提供的选择性吸收涂层由Nb红外反射层、Nb与Al₂O₃的混合物组成的双干涉吸收层和Al₂O₃减反射层组成，具有可见-红外光谱高吸收率，红外光谱低发射率的特点，并且由于采用高熔点的金属Nb和Al₂O₃材料，具有良好的中高温热稳定性。该涂层的红外反射层和吸收层工艺简便、操作方便、易于控制、显著降低工艺成本、缩短生产周期。适用于中高温工作温度的太阳能集热管。

附图说明

图1是本实用新型选择性吸收涂层剖面示意图。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。

本实用新型涉及一种太阳能选择性吸收涂层，该吸收涂层的结构剖面图如图1所示。

图1中基体为不锈钢材料，涂层的第一层红外反射层，第一层上面是第二层吸收层和第三层减反射层，其中第一层红外反射层由金属Nb膜构成，厚度在140～250nm；第二层吸收层包括两个亚层结构，根据涂层中Nb含量的不同，第一亚层Nb的体积百分含量为45～65％，厚度为45～75nm，第二亚层Nb的体积百分含量为25～35％，厚度为50～70nm；第三层减反射层由Al₂O₃膜构成，厚度为65～85nm。

上述选择性吸收涂层的制备方法包括如下步骤：